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Authors
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Abstract(s)
Horse chestnut (Aesculus hippocastanum L.) is a deciduous tree cultivated as an ornamental in urban areas with temperate climate across the Northern hemisphere. Among the scientific community, this species is known for the steroidal glycosides, among which aescin is the main active component and is responsible for most of its medicinal properties. Other bioactive compounds such as quercetin and kaempferol glycosides can also be found in this species. Therefore, this study aimed to characterize the phenolic and saponin profiles of the kernel, coat, and husk of the horse chestnut seed, and to optimise the ultrasound-assisted extraction (UAE) of these valuable compounds from the target seed samples using the response surface methodology (RSM).
The polyphenol and saponin profiles of the samples were initially characterised by high-performance liquid chromatography coupled with mass spectrometry (HPLC-DAD-ESI/MS). The highest yields of solids (extract weight) were obtained from the kernel and husk of the horse chestnut seed. The kernel mostly contained flavonoids and the coat mostly contained flavan-3-ols, while both classes of polyphenols were found in the husk in comparable amounts. Saponins were also prominent in the kernel of the seed. A five-level central composite rotatable design (CCRD) combining the effects of the independent variables (time, ultrasonic power, and ethanol concentration) was implemented to optimise the UAE of the groups of phytochemicals identified in each sample. The polynomial models were fitted to the experimental data, statistically validated, and used to determine the optimal UAE conditions. Extraction of the target compounds was greatly affected by the three independent variables through linear, quadratic and/or interactive effects. The global optimal processing conditions for the extraction of phenolic compounds and saponins from the kernel, were somewhat similar, with exception to the solvent concentration. On the other hand, the extraction of phenolic compounds from the kernel required a longer processing time and higher ultrasonic power, which can be related to the intrinsic nature of the plant material. The results of this study could be exploited by companies interested in phenolic- and saponin-rich natural ingredients, such as the pharmaceutical, cosmetic, and food industries.
O castanheiro da Índia (Aesculus hippocastanum L.) é uma árvore caducifólia cultivada como ornamental em áreas urbanas de clima temperado no hemisfério norte. Entre a comunidade científica, esta espécie é conhecida pelos glicósidos esteroidais, entre os quais a aescina é o principal componente ativo e responsável por grande parte das suas propriedades medicinais. Outros compostos bioativos, incluindo glicósidos de quercetina e kaempferol, também são encontrados nesta espécie. Portanto, este estudo teve como objetivo caracterizar o perfil em polifenóis e saponinas do miolo, da pele e da casca da castanha da Índia e otimizar a extração assistida por ultrassom (UAE) destes compostos de elevado valor utilizando a metodologia de superfície de resposta (RSM). Os perfis em polifenóis e saponinas das três amostras foram inicialmente caracterizados por cromatografia líquida de alta eficiência e espectrometria de massa (HPLC-DAD-ESI/MS). Os maiores rendimentos de sólidos (massa de extrato) foram obtidos a partir do miolo e da casca da semente da castanha da Índia. O miolo apresentou principalmente flavonoides e a pele flavan-3-óis, enquanto ambos as classes de polifenóis foram detetadas na casca em quantidades comparáveis. As saponinas foram proeminentes no miolo da semente. De seguida, foi implementado um desenho rotativo de composto central de cinco níveis combinando os efeitos das variáveis independentes, tempo, potência ultrassónica e concentração de etanol, visando a otimização da UAE dos diferentes grupos de fitoquímicos identificados em cada amostra. Os modelos polinomiais foram ajustados aos dados experimentais, validados estatisticamente e usados para determinar as condições ótimas de UAE. A extração dos compostos alvo foi bastante afetada pelas três variáveis independentes por meio de efeitos lineares, quadráticos e/ou interativos. As condições ótimas globais de processamento para a extração de compostos fenólicos e saponinas a partir do miolo foram de alguma forma semelhantes, com exceção para a concentração de solvente. Por outro lado, a extração de compostos fenólicos a partir do miolo exigiu um tempo de processamento mais longo e uma maior potência, o que pode estar relacionado com a natureza intrínseca do material vegetal. Os resultados deste estudo poderão ser explorados por empresas interessadas em ingredientes naturais ricos em polifenóis e saponinas, como as indústrias farmacêutica, cosmética e alimentar.
O castanheiro da Índia (Aesculus hippocastanum L.) é uma árvore caducifólia cultivada como ornamental em áreas urbanas de clima temperado no hemisfério norte. Entre a comunidade científica, esta espécie é conhecida pelos glicósidos esteroidais, entre os quais a aescina é o principal componente ativo e responsável por grande parte das suas propriedades medicinais. Outros compostos bioativos, incluindo glicósidos de quercetina e kaempferol, também são encontrados nesta espécie. Portanto, este estudo teve como objetivo caracterizar o perfil em polifenóis e saponinas do miolo, da pele e da casca da castanha da Índia e otimizar a extração assistida por ultrassom (UAE) destes compostos de elevado valor utilizando a metodologia de superfície de resposta (RSM). Os perfis em polifenóis e saponinas das três amostras foram inicialmente caracterizados por cromatografia líquida de alta eficiência e espectrometria de massa (HPLC-DAD-ESI/MS). Os maiores rendimentos de sólidos (massa de extrato) foram obtidos a partir do miolo e da casca da semente da castanha da Índia. O miolo apresentou principalmente flavonoides e a pele flavan-3-óis, enquanto ambos as classes de polifenóis foram detetadas na casca em quantidades comparáveis. As saponinas foram proeminentes no miolo da semente. De seguida, foi implementado um desenho rotativo de composto central de cinco níveis combinando os efeitos das variáveis independentes, tempo, potência ultrassónica e concentração de etanol, visando a otimização da UAE dos diferentes grupos de fitoquímicos identificados em cada amostra. Os modelos polinomiais foram ajustados aos dados experimentais, validados estatisticamente e usados para determinar as condições ótimas de UAE. A extração dos compostos alvo foi bastante afetada pelas três variáveis independentes por meio de efeitos lineares, quadráticos e/ou interativos. As condições ótimas globais de processamento para a extração de compostos fenólicos e saponinas a partir do miolo foram de alguma forma semelhantes, com exceção para a concentração de solvente. Por outro lado, a extração de compostos fenólicos a partir do miolo exigiu um tempo de processamento mais longo e uma maior potência, o que pode estar relacionado com a natureza intrínseca do material vegetal. Os resultados deste estudo poderão ser explorados por empresas interessadas em ingredientes naturais ricos em polifenóis e saponinas, como as indústrias farmacêutica, cosmética e alimentar.
Description
Keywords
Aesculus hippocastanum Phenolic compounds Saponins Ultrasound-assisted extraction Process optimisation Chromatographic analysis